CN112461299B - 道岔区段轨道特征识别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种道岔区段轨道特征识别方法及装置，涉及铁道技术领域，该方法包括：获取台账信息、列车行车方向信息和轨道几何检测信息；轨道几何检测信息至少包括实测轨距信息、实测单边轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息；根据台账信息、实测轨距信息、实测单边轨距信息和实测曲率信息确定道岔区段的定位数据；根据实测单边轨距信息确定道岔区段的道岔开向数据；根据定位信息、列车行车方向信息、实测轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车通过方式数据；将定位数据、道岔开向数据和列车通过方式数据作为道岔区段轨道特征识别结果。本发明可以基于轨道几何数据准确、高效地识别高速铁路轨距加宽式道岔区段轨道特征。
Description
技术领域
本发明涉及铁道技术领域，尤其是涉及一种道岔区段轨道特征识别方法及装置。
背景技术
道岔作为轨道中的三大薄弱环节之一，其结构状态直接影响列车通过时的运行品质。针对道岔的检养修问题，目前主要依靠周期性的静态检测数据对道岔状态进行诊断。此方法耗费大量人力物力及时间成本，且效率低，检测结果准确度较差。由此可见，对道岔进行智能化检测及评价的需求十分迫切。
发明内容
本发明提供了一种道岔区段轨道特征识别方法及装置，可以基于轨道几何数据准确、高效地识别高速铁路轨距加宽式道岔区段轨道特征，为道岔状态的分析和评价提供可靠的数据参考。
第一方面，本发明实施例提供了一种道岔区段轨道特征识别方法，该方法包括：
获取台账信息、列车行车方向信息和轨道几何检测信息；所述轨道几何检测信息至少包括实测轨距信息、实测单边轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息；根据所述台账信息、所述实测轨距信息、所述实测单边轨距信息和所述实测曲率信息确定所述道岔区段的定位数据；根据所述实测单边轨距信息确定所述道岔区段的道岔开向数据；根据所述定位信息、所述列车行车方向信息、所述实测轨距信息、所述实测速度信息和所述实测曲率信息确定列车通过方式数据；将所述定位数据、所述道岔开向数据和所述列车通过方式数据作为道岔区段轨道特征识别结果。
第二方面，本发明实施例还提供一种道岔区段轨道特征识别装置，该装置包括：获取模块，用于获取台账信息、列车行车方向信息和轨道几何检测信息；所述轨道几何检测信息至少包括实测轨距信息、实测单边轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息；位置模块，用于根据所述台账信息、所述实测轨距信息、所述实测单边轨距信息和所述实测曲率信息确定所述道岔区段的定位数据；开向模块，用于根据所述实测单边轨距信息确定所述道岔区段的道岔开向数据；方式模块，用于根据所述定位信息、所述列车行车方向信息、所述实测轨距信息、所述实测速度信息和所述实测曲率信息确定列车通过方式数据；结果模块，用于将所述定位数据、所述道岔开向数据和所述列车通过方式数据作为道岔区段轨道特征识别结果。
第三方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述道岔区段轨道特征识别方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述道岔区段轨道特征识别方法的计算机程序。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种道岔区段轨道特征识别方案首先获取台账信息、列车行车方向信和轨道几何检测信息；轨道几何检测信息至少包括实测轨距信息、实测单边轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息；根据台账信息、实测轨距信息、实测单边轨距信息和实测曲率信息确定道岔区段的定位数据；根据实测单边轨距信息确定道岔区段的道岔开向数据；根据定位信息、列车行车方向信息、实测轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车通过方式数据；将定位数据、道岔开向数据和列车通过方式数据作为道岔区段轨道特征识别结果。本发明实施例可以基于轨道几何数据准确、高效地识别高速铁路轨距加宽式道岔区段轨道特征，为道岔状态的分析和评价提供可靠的数据参考。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的道岔区段轨道特征识别方法流程图；
图2为本发明实施例提供的道岔区段轨道特征识别实施流程示意图；
图3为本发明实施例提供的道岔线路图；
图4为本发明实施例提供的道岔直侧向及顺逆向识别效果图；
图5为本发明实施例提供的道岔开向识别效果图；
图6为本发明实施例提供的TGM里程偏差修正流程示意图；
图7为本发明实施例提供的道岔精确定位示意图；
图8为本发明实施例提供的道岔开向识别示意图；
图9为本发明实施例提供的顺逆向过岔识别示意图；
图10为本发明实施例提供的直侧向过岔识别示意图；
图11为本发明实施例提供的道岔区段轨道特征识别装置结构框图；
图12为本发明实施例提供的计算机设备结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，轨道动态检测数据无法将道岔与正线区段进行区分，因此，在道岔的状态评价中，首先需要识别出轨道检测数据中的道岔区段并提取相应数据。此外，不同于正线区段的轨道状态评价，道岔区段由于结构复杂(分为转辙区、辙叉区)、列车通过方式多样(直向/侧向，顺向/逆向)，其状态的智能化诊断需要以道岔结构特征以及列车通过方式的准确判断为前提。
国内有关道岔的管理标准可分为静态管理标准和动态管理标准。其中静态管理标准针对道岔而制定，与正线区段有所区别；而动态管理标准则与正线区段相同，其主要原因在于无法从动态检测数据中有效的对道岔进行识别。截至目前，国内外关于道岔识别的相关研究极少。现有方案一利用图像处理方法从安装在列车前方的摄像机拍摄的图像中提取道岔特征。现有方案二利用方向梯度直方图特征获得了图像中道岔特征及其开向信息。现有方案三采用热像仪所拍摄的道岔图像，通过红外图像处理技术提取道岔特征，并利用“三角测量法”识别出了道岔的开向。现有方案四分别利用曲线特征提取方法、决策树模型和卷积神经网络三种方法研究了轨形检测数据的道岔识别问题。
可见，现有方案多集中于图像处理领域，通过摄像机或结构光等图像信息挖掘道岔特征。而通过轨道几何检测数据识别道岔特征并对列车的通过方式进行判断的工作仍未见文献报道和专利说明。
基于此，本发明实施例提供的一种道岔区段轨道特征识别方法及装置，该方法综合轨道几何检测数据中的轨距、左右侧单边轨距、速度、曲率等信息，提出高速铁路轨距加宽式道岔的尖轨尖及心轨尖精确定位方法以及道岔开向、列车通过方式(顺向/逆向、直向/侧向)的识别方法。该方法能够有效识别轨道几何数据中的道岔区段，对其尖轨尖及心轨尖结构进行精确定位，并准确判断该道岔的开向以及列车的通过方式，为道岔状态的分析和评价提供可靠的数据参考。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种道岔区段轨道特征识别方法进行详细介绍。
本发明实施例提供了一种道岔区段轨道特征识别方法，参见图1所示的一种道岔区段轨道特征识别方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S102，获取台账信息、列车行车方向信息和轨道几何检测信息。
在本发明实施例中，台账信息中包括记录的铁道的里程信息和各里程处的铁道状态信息。台账信息至少包括曲线台账信息和道岔台账信息。轨道几何检测信息至少包括实测轨距信息、实测单边轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息等轨道几何检测数据。轨道几何检测(Track geometry measurement，TGM)数据包含各项轨道几何参数(轨距、轨向、曲率、高低、超高等)的时间历程信号以及里程同步定位系统接受的里程信号。列车行车方向信息用于确定生成轨道几何检测信息时检测列车的行车方向信息。
步骤S104，根据台账信息、实测轨距信息、实测单边轨距信息和实测曲率信息确定道岔区段的定位数据。
在本发明实施例中，利用曲线台账信息可以确定定位数据在铁道里程中的相对位置。根据道岔台账信息、实测轨距信息、实测单边轨距信息和实测曲率信息进行计算和分析，从而确定道岔区段的位置信息。
步骤S106，根据实测单边轨距信息确定道岔区段的道岔开向数据。
在本发明实施例中，利用实测单边轨距信息进行计算，根据计算结果进行分析，得到道岔区段的道岔开向数据。需要说明的是，道岔开向数据可以用于确定轨道的朝向。
步骤S108，根据定位信息、列车行车方向信息、实测轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车通过方式数据。
在本发明实施例中，在得到列车行车方向信息、定位信息、实测轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息之后，对这些信息进行综合分析，以确定列车通过方式数据。
需要说明的是，列车通过方式数据可以用于确定列车顺向过岔或逆向过岔，还可以用于确定列车直向过岔或侧向过岔。
步骤S110，将定位数据、道岔开向数据和列车通过方式数据作为道岔区段轨道特征识别结果。
在本发明实施例中，本发明是实施例得到道岔区段轨道特征识别结果，解决了轨距加宽式道岔区段轨道几何数据的识别以及列车通过方式判断的问题，为道岔通过性能的诊断提供可靠的数据来源和技术支撑。
本发明实施例提供了一种道岔区段轨道特征识别方案首先获取曲线台账信息和轨道几何检测信息；轨道几何检测信息至少包括实测轨距信息、实测单边轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息；根据曲线台账信息、实测轨距信息、实测单边轨距信息和实测曲率信息确定道岔区段的定位数据；根据实测单边轨距信息确定道岔区段的道岔开向数据；根据定位信息、实测轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车通过方式数据；将定位数据、道岔开向数据和列车通过方式数据作为道岔区段轨道特征识别结果。本发明实施例可以基于轨道几何数据准确、高效地识别高速铁路轨距加宽式道岔区段轨道特征，为道岔状态的分析和评价提供可靠的数据参考。
考虑到为了提升道岔区段轨道特征识别结果的准确度，根据台账信息、实测轨距信息、实测单边轨距信息和实测曲率信息确定道岔区段的定位数据，可以按照如下步骤执行：
根据台账信息和实测曲率信息生成道岔区段所在轨道的里程修正结果；根据里程修正结果、台账信息、实测轨距信息和实测单边轨距信息确定道岔区段的定位数据。
在本发明实施例中，一次里程偏差修正模型以TGM数据为对象利用线路实际曲率和里程以及实测曲率自动识别曲线的头尾，并将实际曲率和里程及实测曲率的波形分段，之后通过相关性分析对各曲线段进行里程偏差修正，最后通过插值方法对全线路里程进行修正并对长短链位置进行修正。
道岔尖轨尖及心轨尖处钢轨内侧存在刨切，导致轨距检测数据在该处存在较小的突变现象，在原始轨距波形中该现象较不明显，特别是当尖轨区段轨距存在加宽时，该现象容易被基本轨一侧的轨距加宽所掩盖。因此，在得到里程修正结果后，基于里程修正结果，提取得到的道岔区段前后轨道几何数据，综合利用轨距以及左右侧单边轨距信息，实现道岔尖轨尖及心轨尖的自动化精确定位。
在一个实施例中，根据台账信息和实测曲率信息生成道岔区段所在轨道的里程修正结果，可以按照如下步骤执行：
根据台账信息确定实际里程波形信息和实际曲率波形信息；根据实测曲率信息确定实测曲率波形信息；根据实际曲率波形信息和实测曲率波形信息确定参考曲线段信息；根据参考曲线段信息对实际曲率波形信息和实测曲率波形信息进行相关性分析；根据相关性分析结果对实测曲率信息进行修正，得到里程修正结果。
在本发明实施例中，参见图6所示的TGM里程偏差修正流程示意图，具体可以按照如下步骤根据曲线台账信息和实测曲率信息生成道岔区段所在轨道的里程修正结果：
(1)线路实际里程及曲率波形数据生成：
根据线路实际的里程及曲率信息(包含曲线头尾里程、曲线半径、缓和曲线长度等)，生成实际里程波形mile_ref及曲率波形curve_ref，里程信号间隔步长取为0.25m。
(2)实测信号滤波：
对实测曲率波形curve_mes_0进行低通滤波，保留趋势项，记为curve_mes。
(3)参考及实测曲线信号分段：
利用实际的里程波形mile_ref及曲率波形curve_ref提取线路中的曲线段(称为参考曲线段)作为里程偏差修正的参考信息，它可能由单条曲线组成，也可能由多条相邻很近的曲线组成；首先识别曲线头尾，当前一段曲线结束里程与后一段曲线起始里程差值大于阈值(取3000m)时，将它们划分成不同的区段，否则视2段曲线波形为1段数据。
对参考曲线端两端进行延拓，则参考曲线段其间的曲率值大于阈值thresh_elv，延拓窗内台账曲率等于0，结合参考曲线段头尾的实际里程确定curve_mes中的实测曲线段。要求实测曲线段前后沿拓区段内曲率最大绝对值小于阈值thresh_elv的0.2倍，同时实测曲线段前后的沿拓长度不大于参考曲线段沿拓长度1/3，否则需要对其进行延拓或压缩处理。
(4)相关性分析：
在每个区段内，对采样点进行扫描并计算等长度实测曲线段与参考曲线段的相关系数。取相关系数最大处为最佳匹配点，若相关系数大于0.6，则将参考曲线段里程赋予实测曲线段，否则视该实测曲线段不满足修正要求，记里程偏差修正量为0。
(5)长短链修正：
将长短链嵌入到里程中，并通过修改长短链区域内采样点的步长间隔，再次对里程进行修正。
(6)实测里程插值：
最后，在各曲线段里程偏差修正的基础上，通过插值计算实现对全线的里程偏差修正，对于2个端点则按0.25m的间隔进行延拓。
在一个实施例中，根据里程修正结果、台账信息、实测轨距信息和实测单边轨距信息确定道岔区段的定位数据，可以按照如下步骤执行：
根据里程修正结果和台账信息确定目标道岔区段里程范围；根据实测单边轨距信息计算目标道岔区段里程范围内的目标轨距信息；根据目标轨距信息和目标道岔区段里程范围内的实测轨距信息计算轨距差值；根据轨距差值计算钢轨刨切指数；根据钢轨刨切指数确定目标道岔区段里程范围内的道岔区段的定位数据。
在一个实施例中，利用如下公式根据轨距差值计算钢轨刨切指数：
其中，Ig(i)表示钢轨刨切指数，gRMS(i)表示有效值，根据轨距差值得到，
表示有效值的平均值，N为采样点总数。
在本发明实施例中，具体可以按照如下步骤计算钢轨刨切指数：
(1)通过左右侧单边轨距，利用公式计算得到轨距(计算轨距){g(i)，i＝1,2,…,N}：
g(i)＝-[gl(i)+gr(i)],i＝1,2,...,N
其中，{gl(i)，i＝1,2,…,N}、{gr(i)，i＝1,2,…,N}分别为左右侧单边轨距，i为采样点序号，N为采样点总数；
(2)将计算得到的{g(i)，i＝1,2,…,N}与轨道几何检测系统测得的轨距(实测轨距){g0(i)，i＝1,2,…,N}相减，得到其差值{Δg(i)，i＝1,2,…,N}：
Δg(i)＝g0(i)-g(i),i＝1,2,...,N
(3)滤除{Δg(i)，i＝1,2,…,N}中的趋势项，保留其高频成分{Δgh(i)，i＝1,2,…,N}；
(4)计算{Δgh(i)，i＝1,2,…,N}的有效值，记为{gRMS(i)，i＝1,2,…,N}；
(5)计算{gRMS(i)，i＝1,2,…,N}的平均值，记为
(6)计算无量纲化后的钢轨刨切指数{Ig(i)，i＝1,2,…,N}：
在一个实施例中，根据钢轨刨切指数确定目标道岔区段里程范围内的道岔区段的定位数据，可以按照如下步骤执行：
根据钢轨刨切指数的值确定目标道岔区段里程范围内的道岔区段的尖轨尖位置数据和心轨尖的位置数据。
在本发明实施例中，轨距刨切指数可在消除其余因素导致的轨距变化干扰情况下突出由于刨切所导致的轨距加宽特征，根据相应阈值可实现对道岔尖轨尖及心轨尖区段的精确判断，参见图7所示的道岔精确定位示意图，可以看出，图中虚线方框内分别为两组18号道岔，在原始轨距波形中，由于尖轨区段的轨距加宽现象，尖轨尖及心轨尖处由于钢轨刨切所导致的轨距加宽特征被掩盖而无法识别，而计算得到的钢轨刨切指数则能够很好的反映上述特征，从而保证道岔尖轨尖及心轨尖钢轨刨切位置的精确定位，为道岔的数据分析及评价提供可靠的数据来源。
在一个实施例中，根据实测单边轨距信息确定道岔区段的道岔开向数据，可以按照如下步骤执行：
对实测单边轨距信息进行带通滤波处理；根据带通滤波处理后的实测单边轨距信息确定移动有效值；根据移动有效值计算左右股相应指数；根据左右股相应指数确定目标道岔区段的道岔开向数据。
在本发明实施例中，道岔的开向指单开道岔中侧线的分支朝向，道岔区段列车的通过方式分为直向/侧向通过以及顺向/逆向通过，通过对列车通过方式及道岔开向的综合判断，能够有效推断道岔的结构特征，便于更为针对性的对道岔的结构状态进行诊断。
例如，若判断列车在某处道岔为逆向(从尖轨一侧驶入，心轨一侧驶出)、直向过岔，同时该道岔为左开道岔，则可判断列车左侧车轮与直尖轨、心轨接触，右侧车轮与直基本轨接触，因此需要提取左侧车轮的轮轨力数据对道岔的尖轨及心轨状态进行分析。可见，对道岔的开向、列车的通过方式的准确判断有助于更为针对性地提取相应数据对道岔进行分析。
轨距加宽式道岔的开向判断依赖于左右侧单边轨距检测数据，由于尖轨及心轨一侧钢轨内侧存在刨切而基本轨一侧无此现象，可据此对道岔的开向进行判断。具体可以按照如下步骤计算左右股相应指数：
(1)对左右侧单边轨距信号{gl(i)，i＝1,2,…,N}、{gr(i)，i＝1,2,…,N}进行带通滤波，滤波频率[Fl,Fh]，记滤波后信号分别为{xl(i)，i＝1,2,…,N}、{xr(i)，i＝1,2,…,N}；
(2)计算滤波后信号{xl(i)，i＝1,2,…,N}、{xr(i)，i＝1,2,…,N}的有效值，记为{yl(i)，i＝1,2,…,N}、{yr(i)，i＝1,2,…,N}；
(3)计算{yl(i)，i＝1,2,…,N}、{yr(i)，i＝1,2,…,N}的平均值
(4)将有效值{yl(i)，i＝1,2,…,N}、{yr(i)，i＝1,2,…,N}分别除以相应平均值，得到无量纲化后的左右股相应指数：
在一个实施例中，根据左右股相应指数确定目标道岔区段的道岔开向数据，可以按照如下步骤执行：
确定左右股相应指数中的左股目标指数值和右股目标指数值；若目标道岔里程范围内的左股目标指数值大于右股目标指数值，则确定道岔开向数据为左股方向；若目标道岔里程范围内的右股目标指数值大于左股目标指数值，则确定道岔开向数据为右股方向。
参见图8所示的道岔开向识别示意图，图中纵坐标表示无量纲化后的左右股相应指数的大小，根据该指数，利用相应阈值可实现对道岔两侧钢轨是否存在刨切的判断，进而可推断出该组道岔的开向。利用某段线路前后两组道岔的检测数据计算得到结果如图8所示，需要指出两组道岔列车均为直向通过。可以看出，小里程方向道岔的右侧钢轨存在刨切，说明该组道岔尖轨及心轨位于右股，侧线朝向右侧，而大里程方向道岔的左侧钢轨存在刨切，说明该组道岔尖轨及心轨位于左股，侧线朝向左侧。
考虑到同一组道岔，列车顺向或逆向过岔时车辆动态响应特性存在差异。为了更为针对性的对道岔的通过性能进行评价，有必要首先对列车在道岔区段顺向或逆向过岔进行判断，从而针对性地制定相应的评判标准。因此，在一个实施例中，列车通过方式数据包括列车过岔顺逆向数据和列车过岔直侧向数据；根据定位信息、列车行车方向信息、实测轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车通过方式数据，可以按照如下步骤执行：
根据定位信息、列车行车方向信息和实测轨距信息确定列车过岔顺逆向数据；根据定位信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车过岔直侧向数据。
在本发明实施例中，在得到定位信息之后，即可知晓尖轨尖或心轨尖的位置，综合利用刨切处位置以及轨距加宽信息，可实现道岔刨切处为尖轨尖或心轨尖的判断，并根据列车行驶方向判断各组道岔处列车为顺向或逆向过岔。
列车直向与侧向过岔时车体、构架及轮对的横向动态响应特性存在显著不同，侧向过岔时响应幅值均大于直向。因此在对道岔通过性能进行判断时，需要首先判断列车在各组道岔是直向还是侧向过岔，据此设定不同的评判阈值，否则可能导致误判。列车侧向过岔可看作通过一不设超高的小半径曲线，同时各型号道岔均对侧向过岔速度有相应限制，因此可利用曲率信息及速度信息对列车直向或侧向过岔进行判断。
在一个实施例中，根据定位信息、列车行车方向信息和实测轨距信息确定列车过岔顺逆向数据，可以按照如下步骤执行：
根据实测轨距信息确定目标参考轨距值；根据定位信息确定第一钢轨刨切指数值和第二钢轨刨切指数值；若目标参考轨距值的里程值与第一钢轨刨切指数值的里程值之间的差值小于目标参考轨距值的里程值与第二钢轨刨切指数值的里程值之间的差值，则将第一钢轨刨切指数值的位置数据作为尖轨尖位置数据，将第二钢轨刨切指数值的位置数据作为心轨尖位置数据；若目标参考轨距值的里程值与第二钢轨刨切指数值的的里程值之间差值小于目标参考轨距值的里程值与第一钢轨刨切指数的里程值之间值的差值，则将第二钢轨刨切指数值的位置数据作为尖轨尖位置数据，将第一钢轨刨切指数值的位置数据作为心轨尖位置数据；根据尖轨尖位置数据、心轨尖位置数据和列车行车方向信息确定列车过岔顺逆数据为顺向或逆向。
在本发明实施例中，具体可以按照如下步骤执行：
(1)确定各组道岔区段前后两刨切处对应的里程信息lj，j＝1，2；
(2)求出各组道岔区段轨距变化量最大值gmax及其对应里程信息lmax；
(3)分别计算前后两处刨切位置与轨距变化量最大处的距离dj，j＝1，2；
dj＝|lj-lmax|,j＝1，2
(4)利用所求得dj的大小判断该刨切处属于尖轨尖或心轨尖，dj较小处对应尖轨尖，dj较大处对应心轨尖；
(5)根据列车行车方向，结合尖轨尖及心轨尖位置，判断列车在各组道岔处通过方式为顺向或逆向。
利用某线路前后两组道岔区段的轨道几何检测数据，通过上述方法计算得到结果如图9所示的顺逆向过岔识别示意图。可以看出，尖轨尖位置位于轨距加宽区段的一端，而心轨尖位置则相较尖轨尖距离约为55m。图中列车行驶方向为自小里程向大里程方向，据此判断在以上两组道岔处列车均为逆向过岔。
在一个实施例中，根据定位信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车过岔直侧数据，可以按照如下步骤执行：
根据定位信息确定目标道岔区段的目标速度值和目标曲率值；若目标曲率值大于预设曲率阈值，并且目标速度值小于预设速度阈值，则确定列车过岔直侧数据为侧向；若目标曲率值不大于预设曲率阈值，或目标速度值不小于预设速度阈值，则确定列车过岔直侧数据为直向。
在本发明实施例中，具体可以按照如下步骤执行：
(1)提取道岔前后区段曲率及运行速度数据，分别记为{c(i)，i＝1,2,…,N}和{v(i)，i＝1,2,…,N}；
(2)根据钢轨刨切指数确定各组道岔的尖轨尖及心轨尖所对应采样点编号Ns、Np；
(3)计算尖轨尖及心轨尖区段内曲率数据{c(i)，i＝Ns,Ns+1,…Np-1,Np}和速度数据{v(i)，i＝Ns,Ns+1,…Np-1,Np}的最大值cmax、vmax，此处假设Ns<Np；
(4)分别将cmax、vmax与曲率阈值ct和道岔侧向通过限速vt相比较，若同时满足：
则判断该组道岔列车为侧向过岔，反之则为直向过岔。
利用该方法判断某车站前连续三组18号道岔的列车通过方式如图10所示的直侧向过岔识别示意图。可以看出，前两组道岔列车通过速度低于80km/h的道岔侧向通过限速，但曲率为0，判断上述两组道岔处列车为直向通过；而最后一组道岔列车通过速度低于侧向通过限速同时曲率超过阈值，判断该组道岔处列车为侧向通过。
参见图2所示的道岔区段轨道特征识别实施流程示意图，下面一个具体实施例对该方法的实施程进行说明。
该方案供包括三个部分：
第1部分通过台账信息对轨道几何数据进行里程偏差修正并提取道岔区段数据；
第2部分综合轨距及左右侧单边轨距信息对道岔尖轨尖及心轨尖进行精确定位；
第3部分综合轨距、单边轨距、速度以及曲率信息对轨距加宽式道岔开向以及列车通过方式(直/侧向，顺/逆向)进行判断。
提取某高速无砟线路某车站附近前后两组轨距加宽式道岔的轨道几何检测数据进行分析。车站线路图为如图3所示的道岔线路图，其中方框内8#和2#道岔为所分析对象，列车行驶方向如图中箭头所示。可以看出，列车在两组道岔处均为顺向、直向过岔，而先经过的8#道岔从尖轨一侧看为右开，2#道岔为左开。
分析得到上述两组道岔的钢轨刨切指数以及曲率和速度信息如图4所示的道岔直侧向及顺逆向识别效果图。按照本发明实施例的分析方法，可以清晰地发现上述两组道岔处曲率低于阈值，而速度高于侧向过岔限速，判断上述两组道岔均为直向过岔；同时，根据钢轨刨切指数的大值位置与轨距加宽位置的对比，可判断两组道岔心轨均位于小里程方向，结合列车行驶方向可判断上述两组道岔列车均为顺向过岔。
对道岔开向的分析结果如图5所示的道岔开向识别效果图。可以看出，左股在8#道岔位置存在刨切，而右股则在2#道岔位置存在刨切，结合上文所得到的列车在两组道岔处均为顺向过岔，可以判断8#道岔为右开道岔，而2#道岔为左开道岔。
本发明实施例提供了一种道岔区段轨道特征识别方法及装置，该方法结合曲线台账信息和实测超高数据实现对里程自动校正，可以智能化识别轨道几何数据中的轨距加宽式道岔区段并对尖轨尖及心轨尖进行精确定位，也可以对轨距加宽式道岔的开向以及列车通过方式(直向/侧向，顺向/逆向)进行智能化识别。因此，该方案可以基于轨道几何数据准确、高效地识别高速铁路轨距加宽式道岔区段轨道特征，为道岔状态的分析和评价提供可靠的数据参考。
本发明实施例中还提供了一种道岔区段轨道特征识别装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与道岔区段轨道特征识别方法相似，因此该装置的实施可以参见道岔区段轨道特征识别方法的实施，重复之处不再赘述。参见图11所示的道岔区段轨道特征识别装置结构框图，该装置包括：
获取模块71，用于获取曲线台账信息和轨道几何检测信息；轨道几何检测信息至少包括实测轨距信息、实测单边轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息；位置模块72，用于根据曲线台账信息、实测轨距信息、实测单边轨距信息和实测曲率信息确定道岔区段的定位数据；开向模块73，用于根据实测单边轨距信息确定道岔区段的道岔开向数据；方式模块74，用于根据定位信息、实测轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车通过方式数据；结果模块75，用于将定位数据、道岔开向数据和列车通过方式数据作为道岔区段轨道特征识别结果。
在一个实施例中，位置模块，具体用于：根据曲线台账信息和实测曲率信息生成道岔区段所在轨道的里程修正结果；根据里程修正结果、实测轨距信息和实测单边轨距信息确定道岔区段的定位数据。
在一个实施例中，位置模块，具体用于：根据曲线台账信息确定实际里程波形信息和实际曲率波形信息；根据实测曲率信息确定实测曲率波形信息；根据实际曲率波形信息和实测曲率波形信息确定参考曲线段信息；根据参考曲线段信息对实际曲率波形信息和实测曲率波形信息进行相关性分析；根据相关性分析结果对实测曲率信息进行修正，得到里程修正结果。
在一个实施例中，位置模块，具体用于：根据实测单边轨距信息计算目标轨距信息；根据目标轨距信息和实测轨距信息计算轨距差值；根据轨距差值计算钢轨刨切指数；根据里程修正结果和钢轨刨切指数确定道岔区段的定位数据。
在一个实施例中，位置模块，具体用于利用如下公式根据轨距差值计算钢轨刨切指数：
其中，Ig(i)表示钢轨刨切指数，gRMS(i)表示有效值，根据轨距差值得到，
表示有效值的平均值，N为采样点总数。
在一个实施例中，位置模块，具体用于根据里程修正结果和钢轨刨切指数确定道岔区段的定位数据，包括：根据里程修正结果确定目标轨距值；根据目标轨距值对应的钢轨刨切指数的值确定道岔区段的尖轨尖位置数据和心轨尖的位置数据。
在一个实施例中，开向模块，具体用于：对实测单边轨距信息进行带通滤波处理；根据带通滤波处理结果确定移动有效值；根据移动有效值计算左右股相应指数；根据左右股相应指数确定道岔区段的道岔开向数据。
在一个实施例中，开向模块，具体用于：确定左右股相应指数中的左股目标指数值和右股目标指数值；若同一目标里程范围内的左股目标指数值大于右股目标指数值，则确定道岔开向数据为左股方向；若同一目标里程范围内的右股目标指数值大于左股目标指数值，则确定道岔开向数据为右股方向。
在一个实施例中，列车通过方式数据包括列车过岔顺逆数据和列车过岔直侧数据；方式模块，具体用于：根据定位信息、实测轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车通过方式数据，包括：根据定位信息和实测轨距信息确定列车过岔顺逆数据；根据定位信息、实测速度信息和实测曲率信息确定列车过岔直侧数据。
在一个实施例中，方式模块，具体用于：根据实测轨距信息确定目标参考轨距值；根据定位信息确定第一指数值和第二指数值；若目标参考轨距值与第一指数值的差值小于目标参考轨距值与第二指数值的差值，则将第一指数值的位置数据作为尖轨尖位置数据，将第二指数值的位置数据作为心轨尖位置数据；若目标参考轨距值与第二指数值的差值小于目标参考轨距值与第一指数值的差值，则将第二指数值的位置数据作为尖轨尖位置数据，将第一指数值的位置数据作为心轨尖位置数据；根据尖轨尖位置数据和心轨尖位置数据确定列车过岔顺逆数据为顺向或逆向。
在一个实施例中，方式模块，具体用于：根据定位信息确定多个道岔的目标指数值；每个目标指数值包括第三指数值和第四指数值；根据多个目标指数值确定多个目标里程范围；若目标里程范围内的目标速度值大于预设曲率阈值，并且目标里程范围内的目标速度值小于预设速度阈值，则确定列车过岔直侧数据为侧向；若目标里程范围内的目标速度值不大于预设曲率阈值，或目标里程范围内的目标速度值不小于预设速度阈值，则确定列车过岔直侧数据为直向。
本发明实施例还提供一种计算机设备，参见图12所示的计算机设备结构示意框图，该计算机设备包括存储器81、处理器82及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一种道岔区段轨道特征识别方法的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的计算机设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任一种道岔区段轨道特征识别方法的计算机程序。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (24)
1.一种道岔区段轨道特征识别方法，其特征在于，包括：
获取台账信息、列车行车方向信息和轨道几何检测信息；所述轨道几何检测信息至少包括实测轨距信息、实测单边轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息；
根据所述台账信息、所述实测轨距信息、所述实测单边轨距信息和所述实测曲率信息确定所述道岔区段的定位数据；
根据所述实测单边轨距信息确定所述道岔区段的道岔开向数据；
根据定位信息、所述列车行车方向信息、所述实测轨距信息、所述实测速度信息和所述实测曲率信息确定列车通过方式数据；
将所述定位数据、所述道岔开向数据和所述列车通过方式数据作为道岔区段轨道特征识别结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述台账信息、所述实测轨距信息、所述实测单边轨距信息和所述实测曲率信息确定所述道岔区段的定位数据，包括：
根据所述台账信息和所述实测曲率信息生成所述道岔区段所在轨道的里程修正结果；
根据所述里程修正结果、所述台账信息、所述实测轨距信息和所述实测单边轨距信息确定所述道岔区段的定位数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述台账信息和所述实测曲率信息生成所述道岔区段所在轨道的里程修正结果，包括：
根据所述台账信息确定实际里程波形信息和实际曲率波形信息；
根据所述实测曲率信息确定实测曲率波形信息；
根据所述实际曲率波形信息和所述实测曲率波形信息确定参考曲线段信息；
根据所述参考曲线段信息对所述实际曲率波形信息和所述实测曲率波形信息进行相关性分析；
根据所述相关性分析结果对所述实测曲率信息进行修正，得到里程修正结果。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述里程修正结果、所述台账信息、所述实测轨距信息和所述实测单边轨距信息确定所述道岔区段的定位数据，包括：
根据所述里程修正结果和所述台账信息确定目标道岔区段里程范围；
根据所述实测单边轨距信息计算所述目标道岔区段里程范围内的目标轨距信息；
根据所述目标轨距信息和所述目标道岔区段里程范围内的实测轨距信息计算轨距差值；
根据所述轨距差值计算钢轨刨切指数；
根据所述钢轨刨切指数确定所述目标道岔区段里程范围内的道岔区段的定位数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括利用如下公式根据所述轨距差值计算钢轨刨切指数：
其中，Ig(i)表示钢轨刨切指数，gRMS(i)表示有效值，根据轨距差值得到，
表示有效值的平均值，N为采样点总数。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述钢轨刨切指数确定所述目标道岔区段里程范围内的道岔区段的定位数据，包括：
根据钢轨刨切指数的值确定目标道岔区段里程范围内的道岔区段的尖轨尖位置数据和心轨尖的位置数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述实测单边轨距信息确定所述道岔区段的道岔开向数据，包括：
对所述实测单边轨距信息进行带通滤波处理；
根据带通滤波处理后的实测单边轨距信息确定移动有效值；
根据所述移动有效值计算左右股相应指数；
根据所述左右股相应指数确定目标道岔区段的道岔开向数据。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述左右股相应指数确定目标道岔区段的道岔开向数据，包括：
确定所述左右股相应指数中的左股目标指数值和右股目标指数值；
若目标道岔里程范围内的所述左股目标指数值大于所述右股目标指数值，则确定道岔开向数据为左股方向；
若目标道岔里程范围内的所述右股目标指数值大于所述左股目标指数值，则确定道岔开向数据为右股方向。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述列车通过方式数据包括列车过岔顺逆向数据和列车过岔直侧向数据；
根据所述定位信息、所述列车行车方向信息、所述实测轨距信息、所述实测速度信息和所述实测曲率信息确定列车通过方式数据，包括：
根据所述定位信息、所述列车行车方向信息和所述实测轨距信息确定列车过岔顺逆向数据；
根据所述定位信息、所述实测速度信息和所述实测曲率信息确定列车过岔直侧向数据。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述定位信息、所述列车行车方向信息和所述实测轨距信息确定列车过岔顺逆向数据，包括：
根据所述实测轨距信息确定目标参考轨距值；
根据所述定位信息确定第一钢轨刨切指数值和第二钢轨刨切指数值；
若所述目标参考轨距值的里程值与所述第一钢轨刨切指数值的里程值之间的差值小于所述目标参考轨距值的里程值与所述第二钢轨刨切指数值的里程值之间的差值，则将所述第一钢轨刨切指数值的位置数据作为尖轨尖位置数据，将所述第二钢轨刨切指数值的位置数据作为心轨尖位置数据；
若所述目标参考轨距值的里程值与所述第二钢轨刨切指数值的的里程值之间差值小于所述目标参考轨距值的里程值与所述第一钢轨刨切指数的里程值之间值的差值，则将所述第二钢轨刨切指数值的位置数据作为尖轨尖位置数据，将所述第一钢轨刨切指数值的位置数据作为心轨尖位置数据；
根据所述尖轨尖位置数据、所述心轨尖位置数据和所述列车行车方向信息确定列车过岔顺逆数据为顺向或逆向。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述定位信息、所述实测速度信息和所述实测曲率信息确定列车过岔直侧数据，包括：
根据所述定位信息确定目标道岔区段的目标速度值和目标曲率值；
若所述目标曲率值大于预设曲率阈值，并且所述目标速度值小于预设速度阈值，则确定列车过岔直侧数据为侧向；
若所述目标曲率值不大于预设曲率阈值，或所述目标速度值不小于预设速度阈值，则确定列车过岔直侧数据为直向。
12.一种道岔区段轨道特征识别装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取台账信息、列车行车方向信息和轨道几何检测信息；所述轨道几何检测信息至少包括实测轨距信息、实测单边轨距信息、实测速度信息和实测曲率信息；
位置模块，用于根据所述台账信息、所述实测轨距信息、所述实测单边轨距信息和所述实测曲率信息确定所述道岔区段的定位数据；
开向模块，用于根据所述实测单边轨距信息确定所述道岔区段的道岔开向数据；
方式模块，用于根据定位信息、所述列车行车方向信息、所述实测轨距信息、所述实测速度信息和所述实测曲率信息确定列车通过方式数据；
结果模块，用于将所述定位数据、所述道岔开向数据和所述列车通过方式数据作为道岔区段轨道特征识别结果。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述位置模块，具体用于：
根据所述台账信息和所述实测曲率信息生成所述道岔区段所在轨道的里程修正结果；
根据所述里程修正结果、所述台账信息、所述实测轨距信息和所述实测单边轨距信息确定所述道岔区段的定位数据。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述位置模块，具体用于：
根据所述台账信息确定实际里程波形信息和实际曲率波形信息；
根据所述实测曲率信息确定实测曲率波形信息；
根据所述实际曲率波形信息和所述实测曲率波形信息确定参考曲线段信息；
根据所述参考曲线段信息对所述实际曲率波形信息和所述实测曲率波形信息进行相关性分析；
根据所述相关性分析结果对所述实测曲率信息进行修正，得到里程修正结果。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述位置模块，具体用于：
根据所述里程修正结果和所述台账信息确定目标道岔区段里程范围；
根据所述实测单边轨距信息计算所述目标道岔区段里程范围内的目标轨距信息；
根据所述目标轨距信息和所述目标道岔区段里程范围内的实测轨距信息计算轨距差值；
根据所述轨距差值计算钢轨刨切指数；
根据所述钢轨刨切指数确定所述目标道岔区段里程范围内的道岔区段的定位数据。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述位置模块，具体用于利用如下公式根据所述轨距差值计算钢轨刨切指数：
其中，Ig(i)表示钢轨刨切指数，gRMS(i)表示有效值，根据轨距差值得到，
表示有效值的平均值，N为采样点总数。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述位置模块，具体用于根据所述里程修正结果和所述钢轨刨切指数确定所述道岔区段的定位数据，包括：
根据钢轨刨切指数的值确定目标道岔区段里程范围内的道岔区段的尖轨尖位置数据和心轨尖的位置数据。
18.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述开向模块，具体用于：
对所述实测单边轨距信息进行带通滤波处理；
根据带通滤波处理后的实测单边轨距信息确定移动有效值；
根据所述移动有效值计算左右股相应指数；
根据所述左右股相应指数确定目标道岔区段的道岔开向数据。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述开向模块，具体用于：
确定所述左右股相应指数中的左股目标指数值和右股目标指数值；
若目标道岔里程范围内的所述左股目标指数值大于所述右股目标指数值，则确定道岔开向数据为左股方向；
若目标道岔里程范围内的所述右股目标指数值大于所述左股目标指数值，则确定道岔开向数据为右股方向。
20.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述列车通过方式数据包括列车过岔顺逆向数据和列车过岔直侧向数据；所述方式模块，具体用于：
根据所述定位信息、所述列车行车方向信息和所述实测轨距信息确定列车过岔顺逆数据；
根据所述定位信息、所述实测速度信息和所述实测曲率信息确定列车过岔直侧向数据。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述方式模块，具体用于：
根据所述实测轨距信息确定目标参考轨距值；
根据所述定位信息确定第一钢轨刨切指数值和第二钢轨刨切指数值；
若所述目标参考轨距值的里程值与所述第一钢轨刨切指数值的里程值之间的差值小于所述目标参考轨距值的里程值与所述第二钢轨刨切指数值的里程值之间的差值，则将所述第一钢轨刨切指数值的位置数据作为尖轨尖位置数据，将所述第二钢轨刨切指数值的位置数据作为心轨尖位置数据；
若所述目标参考轨距值的里程值与所述第二钢轨刨切指数值的里程值之间的差值小于所述目标参考轨距值的里程值与所述第一钢轨刨切指数值的里程值之间的差值，则将所述第二钢轨刨切指数值的位置数据作为尖轨尖位置数据，将所述第一钢轨刨切指数值的位置数据作为心轨尖位置数据；
根据所述尖轨尖位置数据、所述心轨尖位置数据和所述列车行车方向信息确定列车过岔顺逆数据为顺向或逆向。
22.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述方式模块，具体用于：
根据所述定位信息确定目标道岔区段的目标速度值和目标曲率值
若所述目标曲率值大于预设曲率阈值，并且所述目标速度值小于预设速度阈值，则确定列车过岔直侧数据为侧向；
若所述目标曲率值不大于预设曲率阈值，或所述目标速度值不小于预设速度阈值，则确定列车过岔直侧数据为直向。
23.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至11任一所述道岔区段轨道特征识别方法。
24.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至11任一所述道岔区段轨道特征识别方法的计算机程序。
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